Indukcja i prąd przemienny – powtórka do sprawdzianu

Indukcja elektromagnetyczna i prądnica

• Prąd indukcyjny płynie tylko wtedy, gdy zmienia się pole magnetyczne przenikające obwód. Im szybsza zmiana, tym większe napięcie indukcji.
• Indukcja elektromagnetyczna to powstawanie napięcia (a w zamkniętym obwodzie – prądu indukcyjnego), gdy zmienia się pole magnetyczne przenikające obwód. Prąd płynie tylko podczas zmiany; przy stałym polu go nie ma.
• Prądnica (generator) zamienia energię mechaniczną na elektryczną: zwojnica obraca się w polu magnesu (albo magnes przy zwojnicy), więc pole przenikające zwoje stale się zmienia i indukuje się napięcie.

Strumień, SEM indukcji i reguła Lenza (rozszerzenie)

• Φ = B · S · cos α
• ε = −⁠N · ΔΦ przez Δt. Pręt o długości l poruszany prostopadle do B z prędkością v: ε = B · l · v. Ramka wirująca: ε = N · B · S · ω · sin ωt.
• Oznaczenia: Φ — strumień magnetyczny [Wb = T·m²]; B — indukcja [T]; S — pole powierzchni [m²]; α — kąt między B a normalną (prostopadłą) do powierzchni.

Prąd przemienny

• U(t) = U_max · sin(2π · f · t), f = 1 przez T
• Oznaczenia: U(t) — napięcie w chwili t [V]; U_max — napięcie maksymalne (amplituda) [V]; f — częstotliwość [Hz]; T — okres [s]; t — czas [s].
• Okres T to czas jednego pełnego cyklu, częstotliwość f – liczba cykli w ciągu sekundy. Z wykresu odczytujesz T (odległość między sąsiednimi maksimami) i U_max (wysokość szczytu).

Wartości skuteczne napięcia i natężenia (rozszerzenie)

• Dla przebiegu sinusoidalnego U_sk = U_max przez pierwiastek z 2, I_sk = I_max przez pierwiastek z 2 (≈ 0,707 wartości maksymalnej).
• Oznaczenia: U_sk, I_sk — napięcie i natężenie skuteczne [V, A]; U_max, I_max — wartości maksymalne (amplitudy) [V, A]; P — moc średnia [W]; R — opór [Ω].
• Wartość skuteczna natężenia to natężenie takiego prądu stałego, który w tym samym oporniku i w tym samym czasie wydzieli tyle samo ciepła co dany prąd przemienny (ma tę samą moc średnią). Podobnie definiujemy napięcie skuteczne.

Transformator i przesył energii (rozszerzenie)

• Dla transformatora idealnego (bez strat): U₂ przez U₁ = N₂ przez N₁, P₁ = P₂, więc I₂ przez I₁ = N₁ przez N₂.
• Transformator to dwa uzwojenia na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym. Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym wytwarza zmienny strumień w rdzeniu, który indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym. Prąd stały daje stały strumień – napięcie wtórne pojawi się tylko przy włączaniu i wyłączaniu.
• Oznaczenia: U₁, U₂ — napięcia skuteczne na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym [V]; N₁, N₂ — liczby zwojów; I₁, I₂ — natężenia skuteczne [A]; P — moc [W].

Fale elektromagnetyczne i widmo (rozszerzenie)

• Fala elektromagnetyczna jest poprzeczna: wektory E i B są prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się. W próżni c = λ · f.
• Oznaczenia: c — prędkość światła w próżni, c ≈ 3,00·10⁸ m/s; λ — długość fali [m]; f — częstotliwość [Hz].
• Fale radiowe → mikrofale → podczerwień → światło widzialne (ok. 380–780 nm) → nadfiolet → promieniowanie rentgenowskie → gamma. Im krótsza fala, tym większa częstotliwość.